儘管汽車電氣化設備的保 有量正在穩步增長，但渦輪增壓作爲降低整車燃油耗的1項重要技術，很快會迎來高速發展期。

雖然曾經長期與機械增壓器處於競爭狀態，但渦輪增壓器在過去的20年間有了全新的變化。在1998年制定的京都協定書（Kyoto Protocol）中提到，渦輪增壓器可用於降低車輛的CO2排放，並有助於推動柴油機及汽油機的小型化進程。

在麥肯錫（McKinsey）未來出行研究中心於2019年發佈的公告中，研究人員對多種傳動系統技術的路線圖進行了模擬，並預計中國、美國和南亞等地區很有可能會大力發展小型汽油機，以此滿足更嚴格的燃油經濟性目標。相關研究表明，業界對先進技術和高質量產品的需求將會與日俱增。因此，麥肯錫的全球市場價值有望進一步提升。根據測算，其將從2018年的96億美元增加到2025年的128億美元。

目前，針對增壓技術的優化過程正在順利開展中。蓋瑞特公司（Garrett Motion）在北美的應用工程經理Geoff Duff提到，在過去的10年間，爲電動廢氣旁通閥提供更精確的系統控制功能是1項重要發展趨勢。目前，歐洲地區的柴油機銷量趨勢已在逐步放緩，汽車製造商也在着力開發技術更先進的燃燒循環，以此爲客戶提供效率更高的汽油機。目前，研究人員正在研究針對可變幾何截面渦輪增壓器的優化方案，並逐步改善其缺點。

米勒循環可用於提升整機燃油經濟性，但由於該循環會減少缸內氣體流量，因此會相應減少整機功率。研究人員對增壓系統進行了持續優化，以便在排量更小的氣缸中提供更壓力更高的空氣。

在發動機處於低轉速工況時，發動機需要更多的空氣來維持米勒循環的運行過程。根據相關數據顯示，發動機在部分工況點時的過量空氣係數λ=1。但是，當發動機以米勒循環運行時，客戶通常希望其具有更高的壓力。因此，通過採用可變截面渦輪增壓器，可以使發動機具有更高的動力性能。

                         

建立壓力

目前，可變截面渦輪增壓器已在柴油機上得到了廣泛應用，併爲其在汽油機上的應用帶來了一系列的挑戰。馬勒動力總成和排放部門的領導James Taylor對此提到，採用渦輪增壓器會提升整機的熱負荷。從發動機排放需求出發，意味着研究人員無法通過加濃混合氣來降低整機溫度，因此將研究方向轉移到冷卻壓縮機的殼體上，併爲其配備特殊材料。目前，研究人員爲進氣歧管選用了高鎳含量合金，併爲渦輪增壓器選用了鉻鎳鐵合金（Inconels）。

Taylor提到，目前部分製造商已開始發售可承受950 ℃高溫的渦輪增壓器，但是目前發動機所承受的最高溫度已超過1 050 ℃，同時材料溫度的變化也涉及到對可變幾何截面渦輪增壓器的調整。

目前，整車電氣化技術也在逐步優化中。根據麥肯錫方面提供的報告，到2030年，輕混車輛將在北美地區佔據約60%的市場份額，在歐洲地區將佔據近100%的市場份額。同時，採用電動壓縮機可以顯著提高成本效益。迄今爲止，電氣化技術的商業化應用大多數集中在豪華車型中，48 V的電氣架構也已得到廣泛應用。奧迪爲其V6和V8 TDI發動機配備了由法雷奧（Valeo）製造的電動壓縮機，其功率爲7 kW。在發動機處於低轉速工況時，該款電動壓縮機能提供額外的氣流，而傳統渦輪增壓器尚無法實現該功能。

博格華納也看到了該項技術的發展潛力，由此也開始爲客戶提供相關產品，並在由廢氣驅動的渦輪增壓器上增加了1款電動發電一體機。博格華納全球工程與創新副總Hermann Breitbach博士對此解釋道，電動渦輪具有的額外優勢是其響應性更高，同時也可以將額外的廢氣能量直接轉化爲電能，或作爲附件動力及電池充電來源。

蓋瑞特公司的Duff期望電動渦輪增壓器系統能用於替代該公司的一部分機械增壓器，並提供了更爲精確的氣流控制功能。具體而言，該項技術能使汽油機在整個特性曲線圖內以λ=1的狀態運行，避免了傳統發動機在低速響應性和高動力性之間的折中。電動渦輪增壓器可在低速工況區爲發動機提供較高的靈活性。因爲系統通過電機來進行驅動，在低速工況區不需要配備小型渦輪機來實現增壓，所以這可以促使研究人員在設計渦輪尺寸時，更傾向於滿足發動機高速工況區的需求。

與此相對，該方案可以進一步減少高性能柴油機對高度複雜的3級或4級渦輪增壓技術的需求。就目前而言，發動機的小型化進程仍在持續推動，業界對混合動力車輛發動機仍有着較高要求，因此渦輪增壓器在行業市場仍有着較好前景。

                        

策略反思

對於成本高昂的電氣化設備而言，法雷奧首席工程官（chief engineering officer）Michel Forissier相信主流汽車製造商在未來仍會對發動機技術開展深入研究。日本的部分汽車製造商更傾向於採用採用混合動力系統，從而可以兼顧動力性與經濟性。德國的部分汽車製造商更傾向於開發1款配備有渦輪增壓系統和高壓直噴技術的小型化發動機。

目前，考慮到柴油機技術的發展現狀，以及電氣化時代的到來，混合動力車輛可能會優先採用電動渦輪增壓器。

所以雖然採用電氣化設備可有效減小整車的碳排放，但對傳統動力總成技術的研究仍然很重要。Duff相信在從今往後的10年間，渦輪增壓器技術仍將得以穩步發展，相關汽車製造商將致力於開發全新技術，以此改善環境氣候。

作者： ALEX GRANT

整理：王少輝 

編輯：伍賽特